DE10257849A1 - Device for the anaerobic fermentation of biomass - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zur anaeroben Fermentation von Biomasse (7) umfaßt einen Fermenter (1), einen Biogas-Zwischenspeicher (2) und einen Biogas-Hauptspeicher (3). Dabei weist der Fermenter (1) mindestens eine Fermentationszelle (5) mit einem gasdurchlässigen Belüftungsboden (8) auf. Der Biogas-Zwischenspeicher (2) und der Biogas-Hauptspeicher (3) sind über Biogasanschlüsse (16, 17) an unterschiedlichen Seiten des Belüftungsbodens (8) an die Fermentationszelle (5) anschließbar; und dem Biogas-Hauptspeicher (3) ist eingangsseitig ein absperrbares Steuerventil (20) zugeordnet.A device for the anaerobic fermentation of biomass (7) comprises a fermenter (1), a biogas intermediate store (2) and a main biogas store (3). The fermenter (1) has at least one fermentation cell (5) with a gas-permeable ventilation base (8). The biogas intermediate store (2) and the main biogas store (3) can be connected to the fermentation cell (5) via biogas connections (16, 17) on different sides of the aeration floor (8); and a lockable control valve (20) is assigned on the input side to the main biogas store (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur anaeroben Fermentation von Biomasse.The present invention relates to a device for the anaerobic fermentation of biomass.

Bei der anaeroben Fermentation (Vergärung) von biogenem Material handelt es sich um eine Alternative zu der bereits verbreitet eingesetzten Kompostierung. Dabei wird Biomasse in einem anaeroben Milieu von geeigneten Bakterien unter Bildung von Biogas (insbesondere Methan) zersetzt, wobei sowohl einstufige Verfahren wie auch zweistufige Verfahren (Hydrolysestufe und Methanisierungsstufe) vorgeschlagen wurden (vgl. z.B. DE 19516378 A1 und DE 19518234 A1 ).Anaerobic fermentation (fermentation) of biogenic material is an alternative to the already widely used composting. Biomass is decomposed in an anaerobic environment by suitable bacteria with the formation of biogas (especially methane), whereby both one-step processes and two-step processes (hydrolysis step and methanization step) have been proposed (cf. e.g. DE 19516378 A1 and DE 19518234 A1 ).

Überwiegend ist dabei bisher an Verfahren der Naßfermentation gearbeitet worden, bei denen die Biomasse vor der Vergärung zur Erzeugung eines homogenen pump- und rührfähigen Breis aufbereitet wird (vgl. z.B. DE 3207048 A1 ). Nachteilig bei derartigen Verfahren ist der mit der Aufbereitung der Biomasse verbundene hohe Aufwand; zudem sind derartige Verfahren der Naßfermentation vergleichsweise störanfällig, insbesondere im Hinblick auf Fremdstoffe. Vor diesem Hintergrund ist in jüngster Zeit zunehmend die Trockenfermentation in das Interesse gerückt.So far, predominantly work has been carried out on wet fermentation processes in which the biomass is processed before fermentation to produce a homogeneous pumpable and stirrable pulp (cf. e.g. DE 3207048 A1 ). A disadvantage of such methods is the high outlay associated with the processing of the biomass; In addition, such methods of wet fermentation are comparatively prone to failure, particularly with regard to foreign substances. Against this background, dry fermentation has recently become increasingly popular.

Aus der EP 0934998 A2 ist ein Verfahren zur Methanisierung von schüttfähigen, stapelbaren oder stückigmachbaren inoculierten Biomassen bekannt, bei dem der in einem Behälter angeordneten, von einer luftundurchlässigen Hülle (z.B. Folie) umgebenen Biomasse ein Impfmaterial als Einmalzugabe zugesetzt und die so gebildete Reaktionsmasse ohne weiteres Nachimpfen unter Luftabschluß vergoren wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird durch die die Biomasse umgebende Hülle ein Einstechdorn in die Biomasse eingebracht, durch den hindurch die Biomasse zunächst zum Zwecke einer Vorrotte belüftet, anschließend mit einem flüssigen Impfmaterial geflutet und während der Vergärung das entstehende Biogas abgezogen wird. Alternativ kann das Impfmaterial bereits bei der Herstellung des mit Folie umwickelten Preßballens aus Biomasse beigemischt werden; in diesem Falle wird der Ballen nach der Vorrotte entweder aktiv oder passiv entlüftet, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser.From the EP 0934998 A2 A process for the methanization of pourable, stackable or lumpable inoculated biomass is known, in which a vaccine material is added as a single addition to the biomass arranged in a container and surrounded by an air-impermeable envelope (e.g. film) and the reaction mass thus formed is fermented without further re-seeding with the exclusion of air , To carry out this process, a piercing spike is introduced into the biomass through the casing surrounding the biomass, through which the biomass is first aerated for the purpose of pre-rotting, then flooded with a liquid inoculant and the biogas formed is removed during fermentation. Alternatively, the inoculation material can be added during the production of the bale wrapped with film from biomass; in this case the bale is either actively or passively deaerated after the preliminary rotting, if necessary with the addition of water.

Die DE 4437717 C1 betrifft einen Hauptfermenter für ein- und mehrstufige Prozesse, der volumenveränderlich ausgebildet und mit einem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Dieser Hauptfermenter soll alternativ zur Schaffung einer homogenen Biomasse und zur Trennung von Gasgemischen geeignet sein.The DE 4437717 C1 relates to a main fermenter for single and multi-stage processes, which has a variable volume and is connected to an expansion tank. This main fermenter should alternatively be suitable for creating a homogeneous biomass and for separating gas mixtures.

Weitere Biogasfermenter für verschiedene Biomasse-Ausgangsmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung und Konsistenz sind aus der EP 23176 A2 , der WO 02/31104 A2, der FR 2498044 , der FR 893537 , der BE 470761 und der FR 905540 bekannt. Aufgrund ihrer spezifischen Konstruktionsmerkmale erscheinen diese Fermenter jeweils nur zur Verarbeitung bestimmter Ausgangsmaterialien mit spezifischen Eigenschaften innerhalb einer vergleichsweise engen Bandbreite als geeignet. Jedenfalls leidet bei diesen Fermentern die Effizienz erheblich, wenn das zu verarbeitende Ausgangsmaterial hinsichtlich seiner Zusammensetzung und seiner Konsi stenz allzusehr von dem der Auslegung der jeweiligen Vorrichtung zugrundegelegten Material abweicht.Further biogas fermenters for different biomass raw materials of different composition and consistency are from the EP 23176 A2 , WO 02/31104 A2, the FR 2498044 , the FR 893537 , the BE 470761 and the FR 905540 known. Due to their specific design features, these fermenters only appear to be suitable for processing certain starting materials with specific properties within a comparatively narrow range. In any case, the efficiency of these fermenters suffers considerably if the starting material to be processed differs too much in terms of its composition and consistency from the material on which the design of the respective device is based.

Im Lichte des vorstehend gewürdigten Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur anaeroben Fermentation von Biomasse bereitzustellen, mit der sich stark unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit einem hohen Wirkungsgrad verarbeiten lassen.In the light of what has been recognized above The present invention has the object of the present invention based, a device for the anaerobic fermentation of biomass to provide with the very different starting materials can be processed with a high degree of efficiency.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine einen Fermenter, einen Biogas-Zwischenspeicher und einen Biogas-Hauptspeicher umfassende Vorrichtung zur anaeroben Fermentation von Biomasse, die sich durch die folgenden Merkmale auszeichnet:

  • – der Fermenter weist mindestens eine Fermentationszelle mit einem gasdurchlässigen Belüftungsboden auf;
  • – der Biogas-Zwischenspeicher und der Biogas-Hauptspeicher sind über Biogasanschlüsse an unterschiedlichen Seiten des Belüftungsbodens an die Fermentationszelle anschließbar;
  • – dem Biogas-Hauptspeicher ist eingangsseitig ein absperrbares Steuerventil zugeordnet.
This object is achieved according to the present invention by a device for anaerobic fermentation of biomass comprising a fermenter, a biogas intermediate store and a main biogas store, which is characterized by the following features:
  • - The fermenter has at least one fermentation cell with a gas-permeable ventilation base;
  • - The biogas buffer and the main biogas storage can be connected to the fermentation cell via biogas connections on different sides of the aeration floor;
  • - A lockable control valve is assigned to the main biogas storage.

Von besonderer Bedeutung für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit, daß an den Fermenter zwei unterschiedliche Biogasspeicher angeschlossen sind, nämlich einerseits ein Zwischenspeicher und andererseits ein Hauptspeicher. Der Biogas-Hauptspeicher, aus dem das gewonnene Biogas zur weiteren Verwertung entnommen wird, ist dabei über ein zuströmseitig angeordnetes Steuerventil von dem Fermenter absperrbar. Ist in die sem Sinne der Biogas-Hauptspeicher von dem Fermenter abgekoppelt, so gelangt das durch die Vergärung der Biomasse entstehende Biogas in den Biogas-Zwischenspeicher. Durch geeignete Umsteuerung des Steuerventils strömt das in dem Zwischenspeicher zwischengespeicherte Biogas bei entsprechenden Druckverhältnissen aus diesem in den Biogas-Hauptspeicher, wobei es infolge der Anschließbarkeit der beiden Speicher an die mindestens eine Fermentationszelle auf unterschiedlichen Seiten des Belüftungsbodens die Biomasse in jener Fermentationszelle durchströmt. Hierdurch kommt es – allein aufgrund der Druckverhältnisse in den beiden Biogasspeichern, d.h. ohne Verwendung eines Energie verbrauchenden Gebläses – zu einer effizienten Ventilation der zu vergärenden Biomasse mit Biogas. Dies begünstigt den Erhalt der Porenöffnungen innerhalb der Biomasse; auch solche biogenen Ausgangsmaterialien, die in bekannten Fermentern überhaupt nicht oder nur unter Einsatz erheblicher Energie und somit unter einem unbefriedigenden Wirkungsgrad vergoren werden können, lassen sich somit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem guten Wirkungsgrad verarbeiten. Die bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen ohne nennenswerte zusätzliche Energie mögliche Ventilation der zu vergärenden Biomasse mit Biogas begünstigt im übrigen die Möglichkeit, den Fermenter an unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit stark voneinander abweichender Zusammensetzung und Konsistenz anzupassen.It is therefore of particular importance for the device according to the invention that two different biogas stores are connected to the fermenter, namely on the one hand an intermediate store and on the other hand a main store. The main biogas store, from which the biogas obtained is taken for further use, can be shut off from the fermenter via a control valve arranged on the inflow side. In this sense, if the main biogas storage is decoupled from the fermenter, the biogas produced by fermentation of the biomass gets into the biogas buffer. By suitably reversing the control valve, the biogas temporarily stored in the intermediate store flows from the latter into the main biogas store under appropriate pressure conditions, and because of the connectability of the two stores to the at least one fermentation cell on different sides of the aeration floor, it flows through the biomass in that fermentation cell. This is what happens - solely because of the pressure conditions in the two biogas storage tanks, ie without using energy blower - for efficient ventilation of the biomass to be fermented with biogas. This favors the preservation of the pore openings within the biomass; Even such biogenic starting materials that cannot be fermented at all in known fermenters or only with considerable energy and thus with unsatisfactory efficiency can be processed with the device according to the invention with good efficiency. The ventilation of the biomass to be fermented with biogas, which is possible without significant additional energy in devices according to the invention, furthermore favors the possibility of adapting the fermenter to different starting materials with widely differing composition and consistency.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der Fermenter eine Heizeinrichtung auf, die einen in dem Zwischenspeicher angeordneten Wärmetauscher für das in ihm zwischengespeicherte Biogas umfaßt. Besonders bevorzugt ist dabei der Wärmetauscher an eine Verbrennungseinrichtung für das dem Hauptspeicher entnommene Biogas angeschlossen. Der genannte Wärmetauscher ist geeignet, das in dem Biogas-Zwischenspeicher zwischengespeicherte Biogas auf ein optimales Temperaturniveau zu erwärmen, bevor es in den Fermenter zurückgeleitet wird. Der hierdurch mögliche homogene und direkte Eintrag von Wärme in die zu vergärende Biomasse über das aufgeheizte, die Biomasse vom Zwischenspeicher zum Hauptspeicher durchströmende Biogas ist besonders effizient. Auf diese Weise läßt sich die Fermentation beschleunigen und somit die Verweildauer der Biomasse in dem Fermenter reduzieren, was sich ebenfalls positiv auf die Effizienz des Vergärungsverfahrens auswirkt.In a preferred further training In the present invention, the fermenter has a heater on a heat exchanger arranged in the intermediate storage for the biogas temporarily stored in it. Is particularly preferred the heat exchanger a combustion device for the biogas taken from the main storage is connected. The named heat exchanger is suitable that the temporarily stored in the biogas buffer Heat biogas to an optimal temperature level before entering the fermenter returned becomes. The possible homogeneous and direct entry of heat into the biomass to be fermented via the heated, the biomass from the intermediate storage to the main storage flowing through Biogas is particularly efficient. In this way accelerate the fermentation and thus the retention time of the biomass reduce in the fermenter, which is also positive for the Efficiency of the fermentation process.

Bevorzugt weist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mindestens einen Kondensatabscheider auf, der dem den Fermenter verlassenden Biogas Feuchtigkeit entzieht. Indem auf diese Weise das zur Ventilation der Biomasse eingesetzte Biogas vergleichsweise trocken ist, kann es beim Durchströmen der Biomasse erneut Feuchtigkeit aufnehmen. Das Resultat ist ein am Ende der Vergärung vorliegendes Substrat mit einem besonders hohen Gehalt an Trockensubstanz.The device preferably detects the present invention at least one condensate separator which removes moisture from the biogas leaving the fermenter. In this way, the one used for ventilation of the biomass Biogas is comparatively dry, it can flow through it Biomass absorb moisture again. The result is a End of fermentation present substrate with a particularly high content of dry matter.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Biogas-Zwischenspeicher als Konstantdruckspeicher ausgeführt, dessen Druck unabhängig ist von dem jeweiligen Füllzustand. Auf diese Weise lassen sich die innerhalb des Fermenters bestehenden Druckverhältnisse in jenen Phasen, in denen – bei gesperrter Zufuhr des Biogas-Hauptspeichers – das durch die Vergärung entstehende Biogas in den Biogas-Zwischenspeicher geleitet wird, vergleichmäßigen, was der Biogas-Produk tion durch die – z.T. auf Druckschwankungen empfindlichen anaeroben Mikroorganismen – entgegenkommt. Gegebenenfalls kann dabei dem Biomasse-Zwischenspeicher eine Druckerhöhungseinrichtung zugeordnet sein, mittels welcher sich der Druck innerhalb des Biogas-Zwischenspeichers in jenen Betriebsphasen erhöhen läßt, in denen Biogas zur Ventilation der Biomasse von dem Biogas-Zwischenspeicher in den Biogas-Hauptspeicher strömt. Eine solche Druckerhöhungseinrichtung kann vergleichsweise einfach ausgeführt sein, beispielsweise in Form einer Zusatzlast, mit welcher ein kolbenförmiges Bauteil des Zwischenspeichers in den genannten Betriebsphasen belastet wird.According to another preferred A further development of the invention is the biogas buffer as Constant pressure accumulator executed, whose pressure is independent is from the respective fill state. In this way, those existing within the fermenter can be pressure conditions in those phases in which - at blocked supply of the biogas main storage - the fermentation Biogas is routed into the biogas buffer, equalize what of biogas production by the - partly sensitive to pressure fluctuations anaerobic microorganisms - accommodates. If necessary, a pressure increasing device can be placed in the biomass buffer be assigned, by means of which the pressure within the biogas buffer increase in those operational phases leaves in which Biogas for ventilation of the biomass from the biogas buffer flows into the main biogas storage. Such a pressure booster can be made comparatively simple, for example in the form an additional load with which a piston-shaped component of the intermediate store is charged in the operating phases mentioned.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Biogas-Zwischenspeicher über ventilgesteuerte Biogasanschlüsse an die Fermentationszelle wahlweise an jede der beiden Seiten des Belüftungsbodens anschließbar ist. Eine solche Gestaltung erweist sich insbesondere dann als günstig, wenn der Fermenter lediglich eine einzige Fermentationszelle aufweist, namentlich wenn er als garagenförmiger Fermenter entsprechend der WO 02/31104 ausgeführt ist. Sowohl in jener Betriebsphase, in der das bei der Vergärung entstehende Biogas in den Zwischenspeicher gelangt, wie auch während der Ventilationsphase, in der das Biogas dem Hauptspeicher zugeführt wird, kann das Biogas die Fermentationszelle in dem Bereich oberhalb der Biomasse verlassen, wobei das ventilierte Biogas die Biomasse von unten nach oben durchströmt. Dies ist sowohl unter strömungstechnischen Gesichtspunkten als auch im Hinblick auf eine möglichst geringe Anwesenheit von Fremdstoffen in dem Biogas besonders günstig.Another preferred training the device according to the invention is characterized in that the Biogas intermediate storage via valve-controlled biogas connections to the fermentation cell either on either side of the aeration floor connectable is. Such a design proves to be particularly advantageous if the fermenter has only one fermentation cell, especially if it is as a garage Fermenter is designed according to WO 02/31104. Both in that operational phase, in the fermentation resulting biogas enters the intermediate storage, as well as during the ventilation phase, in which the biogas is fed to the main storage, the biogas can Leave the fermentation cell in the area above the biomass, the ventilated biogas flows through the biomass from bottom to top. This is both under fluidic Considerations as well as with regard to the lowest possible presence of foreign substances in the biogas is particularly favorable.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Fermenter siloartig ausgeführt und weist mehrere übereinander angeordnete Fermentationszellen auf, wobei die Belüftungsböden jeweils durch einen gasdurchlässigen Klappboden gebildet sind und der Biogas-Zwischenspeicher und der Biogas-Hauptspeicher über Biogasanschlüsse alternierend an die einzelnen Fermentationszellen anschließbar sind. Der Fermenter kann dabei in seinem oberen Bereich eine Aufgabeschleuse und in seinem unteren Bereich eine Abzugschleuse aufweisen. Bei Anwendung dieses Fermenmters läßt sich die Verfahrensführung bei einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand einem quasi-kontinuierlichen Betrieb annähern. In vergleichsweise kurzen Abständen (z.B. alle zwei Tage) gelangt die teilweise vergorene Biomasse durch Öffnen des Klappbodens der betreffenden Fermentationszelle in die darunterliegende Fermentationszelle. Dabei wird das Material aufgelockert und durchmischt, so daß sich bei der Fortsetzung des Vergärungsverfahrens in der nächsten Fermentationszelle aufgrund der gesteigerten Homogenität der Biomasse eine entsprechend hohe Effizienz mit guter Gasausbeute ergibt.According to another preferred Further development of the invention, the fermenter is silo-like and has several on top of each other arranged fermentation cells, the aeration floors each through a gas permeable Folding floor are formed and the biogas buffer and the Main biogas storage via biogas connections can be connected alternately to the individual fermentation cells. The fermenter can have a feed lock in its upper area and have a trigger lock in its lower area. at Application of this Fermenmters can process management a quasi-continuous with a comparatively low technical effort Approach operation. At comparatively short intervals (e.g. every two days) the partially fermented biomass arrives by opening the Folding bottom of the fermentation cell in question into the one below Fermentation cell. The material is loosened and mixed, so that in continuing the fermentation process in the next Fermentation cell due to the increased homogeneity of the biomass results in a correspondingly high efficiency with good gas yield.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der obersten Fermentationszelle ein Perkolatverteiler und der untersten Fermentationszelle ein Perkolatsammler, die an eine Perkolatzirkulation angeschlossen sein können, zugeordnet sind. In diesem Falle läßt sich das Milieu, in welchem sich die Vergärung vollzieht, besonders effizient optimieren.It is particularly favorable if the top fermentation cell has a percolate distributor and the bottom fermentation cell has a percolate collectors that can be connected to a percolation circulation are assigned. In this case, the milieu in which the fermentation takes place can be optimized particularly efficiently.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Fermenter Teil eines kombinierten Anaerob-aerob-Reaktors ist, der mindestens eine dem Fermenter vor- oder nachgeschaltete, belüftete Rottezelle aufweist, die von der angrenzende Fermentationszelle über einen im wesentlichen luftdichten Klappboden getrennt ist. In diesem Falle kann insbesondere das sich bei der Vergärung ergebende Substrat ohne nennenswerten Aufwand einer anschließenden aeroben Fermentation (Rotte) unterzogen werden, indem es durch Öffnen des Klappbodens der untersten Fermentationszelle des Fermenters in die darunter angeordnete Rottezelle gelangt. Die luftdichte Ausführung des die Rottezelle von der darüberliegenden Fermentationszelle trennenden Klappbodens stellt dabei sicher, daß sich im Betrieb des Anaerob-aerob-Reaktors in dem Fermenter ein anaerobes Verfahren und in der Rottezelle zugleich ein aerobes Verfahren betreiben läßt. Gegebenenfalls kann dabei vorgesehen sein, daß bei geöffnetem Klappboden der untersten Fermentationszelle in der Rottezelle über ein entsprechendes Sauggebläse ein Unterdruck erzeugt wird, so daß kurzzeitig Biogas aus dem Zwischenspeicher über die unterste Fermentationszelle in die Rottezelle gesaugt wird, um ein Eindringen von Luft in letztere zu verhindern.Another preferred training The invention is characterized in that the fermenter is part of a combined anaerobic-aerobic reactor, which is at least one of the Has fermenter upstream or downstream, vented rotting cell, which from the adjacent fermentation cell via an essentially airtight one Folding floor is separated. In this case, in particular during fermentation resulting substrate without any appreciable effort of a subsequent aerobic Undergo fermentation (rotting) by opening it Folding bottom of the bottom fermentation cell of the fermenter in the below arranged rotting cell arrives. The airtight version of the the rotting cell from the fermentation cell above separating folding floor ensures that there is operation of the anaerobic-aerobic reactor an anaerobic process in the fermenter and at the same time in the rotting cell can operate an aerobic process. If necessary, can be provided be that at open Folding bottom of the bottom fermentation cell in the rotting cell over one corresponding suction fan a negative pressure is generated, so that biogas from the buffer for a short time via the lowest fermentation cell is sucked into the rotting cell Prevent air from entering the latter.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigtThe following is the present Invention based on two illustrated in the drawing preferred embodiments explained in more detail. there shows

1 eine einen garagenförmigen Fermenter umfassende Vorrichtung und 1 a device comprising a garage-shaped fermenter and

2 eine einen Anaerob-aerob-Reaktor mit einem siloartigen Fermenter umfassende Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. 2 a device comprising an anaerobic-aerobic reactor with a silo-type fermenter according to the present invention.

Die in 1 schematisch veranschaulichte Vorrichtung zur anaeroben Fermentation von Biomasse umfaßt einen Fermenter 1, einen Biogas-Zwischenspeicher 2, einen Biogas-Hauptspeicher 3 sowie ein Blockheizkraftwerk 4. Der Fermenter 1 ist garagenförmig ausgeführt; er umfaßt eine einzige Fermentationszelle 5, die durch ein Tor 6 mit zu vergärender Biomasse 7 beschickbar und entleerbar ist.In the 1 schematically illustrated device for anaerobic fermentation of biomass comprises a fermenter 1 , a biogas buffer 2 , a main biogas storage facility 3 as well as a combined heat and power plant 4 , The fermenter 1 is designed like a garage; it comprises a single fermentation cell 5 going through a gate 6 with biomass to be fermented 7 can be loaded and emptied.

Die Biomasse 7 ruht auf einem Belüftungsboden 8, unter dem eine Belüftungskammer 9 angeordnet ist. In dem Boden 10 der Belüftungskammer 9 ist ein Perkolatsammler 11 vorgesehen, welcher an eine eine Umwälzpumpe 12 umfassende Perkolatzirkulation 13 angeschlossen ist, mittels welcher das in dem Perkolatsammler 11 aufgefangene Perkolat einem unterhalb der Decke 14 des Fermenters 1 angeordneten Perkolat-Verteiler 15 zugeführt wird.The biomass 7 rests on a ventilation floor 8th , under which a ventilation chamber 9 is arranged. In the ground 10 the ventilation chamber 9 is a percolate collector 11 provided, which to a a circulation pump 12 extensive percolation circulation 13 is connected, by means of which in the percolate collector 11 trapped percolate one below the ceiling 14 of the fermenter 1 arranged percolate distributors 15 is fed.

In die Fermentationszelle 5 münden zwei Biogasanschlüsse 16 und 17, nämlich ein erster Biogasanschluß 16 oberhalb des Belüftungsbodens 8 und ein zweiter Biogasanschluß 17 unterhalb des Belüftungsbodens 8. Der erste Biogasanschluß 16 ist dabei im oberen Randbereich an die Fermentationszelle 5 angeschlossen, während der zweite Biogasanschluß 17 an die Belüftungskammer 9 angeschlossen ist. Im Bereich des ersten Biogasanschlusses 16 ist ein Kondensat-Abscheider 18 vorgesehen. Die Flüssigkeit, die dem durch den ersten Biogasanschluß 16 strömenden Biogas durch den Kondensat-Abscheider 18 entzogen wird, kann je nach der Ausführung der Anlage entsorgt oder aber weiterverwertet werden.In the fermentation cell 5 open two biogas connections 16 and 17 , namely a first biogas connection 16 above the ventilation floor 8th and a second biogas connection 17 below the ventilation floor 8th , The first biogas connection 16 is at the top of the fermentation cell 5 connected while the second biogas connection 17 to the ventilation chamber 9 connected. In the area of the first biogas connection 16 is a condensate separator 18 intended. The liquid that flows through the first biogas connection 16 flowing biogas through the condensate separator 18 withdrawn, depending on the design of the system, it can be disposed of or reused.

Dem ersten Biogasanschluß 16 ist ein Dreiwegeventil 20 und dem zweiten Biogasanschluß 17 ist ein Dreiwegeventil 21 zugeordnet. Mittels des Dreiwegeventils 20 kann dabei der erste Biogasanschluß 16 entweder mit der Einspeisleitung 22, welche zuströmseitig an den Biogas-Hauptspeicher 3 angeschossen ist, oder aber mit der Verbindungsleitung 23, welche die beiden Dreiwegeventile 20 und 21 miteinander verbindet, verbunden werden. Mittels des Dreiwegeventils 21 kann der Biogas-Zwischenspeicher 2 entweder an dem zweiten Biogasanschluß 17 oder aber an die Verbindungsleitung 23 angeschossen werden.The first biogas connection 16 is a three-way valve 20 and the second biogas connection 17 is a three-way valve 21 assigned. By means of the three-way valve 20 can be the first biogas connection 16 either with the feed line 22 which on the inflow side to the biogas main storage 3 is shot, or with the connecting line 23 which the two three-way valves 20 and 21 connecting with each other, being connected. By means of the three-way valve 21 can the biogas buffer 2 either at the second biogas connection 17 or to the connecting line 23 be shot.

Der Biogas-Zwischenspeicher 2 ist als Konstantdruckspeicher ausgeführt. Der in ihm herrschende Druck ist somit unabhängig von seinem Füllgrad, es sei denn, es wird eine Druckerhöhungseinrichtung 24 aktiviert, welche im einfachsten Fall eine auf das Kolbenelement 25 des Zwischenspeichers 2 absenkbare Zusatzlast 26 umfaßt.The biogas buffer 2 is designed as a constant pressure accumulator. The pressure prevailing in it is therefore independent of its degree of filling, unless it becomes a pressure increasing device 24 activated, which in the simplest case one on the piston element 25 the cache 2 lowerable additional load 26 includes.

Ausgangsseitig ist der Biogas-Hauptspeicher 3 an das Blockheizkraftwerk 4 angeschlossen. Ein Teil der in dem Blockheizkraftwerk 4 bei der Verbrennung des dem Biogas-Hauptspeicher 3 entnommenen Biogases entstehenden Wärme wird über eine Heizeinrichtung 27 dem in dem Zwischenspeicher 2 zwischengespeicherten Biogas zugeführt. Hierzu ist im Inneren des Biogas-Zwischenspeichers 2 ein Wärmetauscher 28 angeordnet, welcher über entsprechende Leitungen 29 mit einem dem Blockheizkraftwerk 4 zugeordneten Wärmetauscher 30 in Verbindung steht.The main biogas storage is on the output side 3 to the combined heat and power plant 4 connected. Part of that in the cogeneration plant 4 during the combustion of the main biogas storage 3 The heat generated from the biogas is passed through a heating device 27 the one in the cache 2 temporarily stored biogas. For this is inside the biogas buffer 2 a heat exchanger 28 arranged, which via appropriate lines 29 with a combined heat and power plant 4 assigned heat exchanger 30 communicates.

Die beiden Dreiwegeventile 20 und 21 werden über eine entsprechende Steuerung abwechselnd so eingestellt, daß während einer ersten Betriebsphase des Fermenters 1 das in diesem gebildete Biogas den Fermenter über den Biogasanschluß 16 verläßt und über das Dreiwegeventil 20, die Zwischenleitung 23 und das Dreiwegeventil 21 in den Biogas-Zwischenspeicher 2 gelangt. Der Biogas-Hauptspeicher 3 ist während dieser Betriebsphase durch entsprechende Stellung des Dreiwegeventils 20 von dem Fermenter 1 getrennt. In einer zweiten Betriebsphase ist demgegenüber durch entsprechende Steuerung der beiden Dreiwegeventile 20 und 21 der Biogasanschluß 17 mit dem Biogas-Zwischenspeicher 2 und der Biogasanschluß 16 mit dem Biogas-Hauptspeicher 3 verbunden. Bei einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen dem Biogas-Zwischenspeicher 2 und dem Biogas-Hauptspeicher 3 ergibt sich eine Ventilation der Biomasse 7 mit Biogas, welches – durch die Heizeinrichtung 27 aufgeheizt – die Biomasse auf dem Weg vom Zwischenspeicher in den Hauptspeicher von unten nach oben durchströmt. Die Druckverhältnisse lassen sich unter Verwendung der Druckerhöhungseinrichtung 24 im Hinblick auf eine optimale Ventilation beeinflussen.The two three-way valves 20 and 21 are set alternately so that during a first operating phase of the fermenter 1 the biogas formed in the fermenter via the biogas connection 16 leaves and via the three-way valve 20 , the intermediate line 23 and the three-way valve 21 in the biogas buffer 2 arrives. The main biogas storage facility 3 is during this operating phase by the corresponding position of the three-way valve 20 from the fermenter 1 Cut. In contrast, in a second operating phase, the two three-way valves are controlled accordingly 20 and 21 the biogas connection 17 with the biogas buffer 2 and the biogas connection 16 with the main biogas storage 3 connected. With a corresponding pressure difference between the biogas buffer 2 and the main biogas storage facility 3 ventilation of the biomass results 7 with biogas, which - through the heating device 27 heated up - the biomass flows from bottom to top on the way from the intermediate storage to the main storage. The pressure ratios can be used using the pressure booster 24 with regard to optimal ventilation.

Ersichtlich kann die in der Zeichnung veranschaulichte Gestaltung der Biogasleitungen und der Steuerventile in erheblichem Umfang modifiziert werden, ohne daß dies unmittelbare Auswirkungen auf die beschriebene Betriebsweise der Vorrichtung als solche hätte. Beispielsweise ist bei Bedarf die Integration von Rückschlagventilen möglich; und der Biogas-Hauptspeicher kann über eine eigene, ventilgesteuerte Biogasleitung direkt an den Fermenter angeschlossen sein. In entspre chender Anwendung der veranschaulichten Komponenten ist ferner möglich, mehrere Fermenter miteinander vernetzt an einen gemeinsamen Biogas-Zwischenspeicher und einen gemeinsamen Biogas-Hauptspeicher anzuschließen.Can be seen in the drawing Illustrated design of the biogas lines and the control valves be modified to a considerable extent without this being immediate Effects on the described mode of operation of the device as such. For example, the integration of check valves is required possible; and the main biogas storage can be controlled by its own valve The biogas line must be connected directly to the fermenter. In a corresponding way Application of the illustrated components is also possible, several Fermenters networked with each other at a shared biogas buffer and to connect a common biogas main storage.

Bei der in 2 veranschaulichten Vorrichtung ist der Fermenter 1 Teil eines Anaerob-aerob-Reaktors 31, welcher fünf Fermentationszellen 5 und eine Rottezelle 32 umfaßt. Die fünf Fermentationszellen 5 sind dabei etagenweise übereinander angeordnet. Ihre Belüftungsböden 8 sind jeweils als Klappboden 33 ausgeführt. Durch Öffnen des Klappbodens 33 einer Fermentationszelle gelangt die Biomasse 7 aus dieser Fermentationszelle in die nächst tiefer gelegene. Die Rottezelle 32 ist unterhalb der untersten der fünf Fermentationszellen angeordnet, gegenüber der sie durch einen luftdicht verschließbaren Klappboden 34 im normalen Betrieb des Reaktors 31 hermetisch abgeschlossen ist. Im Bereich seiner Außenwand weist der Reaktor 31 eine Wärmeisolierung 35 auf.At the in 2 The device illustrated is the fermenter 1 Part of an anaerobic-aerobic reactor 31 which has five fermentation cells 5 and a rotting cell 32 includes. The five fermentation cells 5 are arranged one above the other on floors. Your ventilation floors 8th are each as a folding floor 33 executed. By opening the hinged floor 33 The biomass arrives in a fermentation cell 7 from this fermentation cell to the next lower one. The rotting cell 32 is located below the bottom of the five fermentation cells, opposite it by an airtight closable bottom 34 during normal operation of the reactor 31 is hermetically sealed. The reactor faces in the area of its outer wall 31 a thermal insulation 35 on.

Der Biogas-Zwischenspeicher 2 und der Biogas-Hauptspeicher 3 sind über zugeordnete Biogasleitungen 36 bzw. 37 alternierend an die Fermentationszellen 5 angeschlossen, indem die dem Biogas-Zwischenspeicher 2 zugeordnete Biogasleitung 36 über entsprechende Zweigleitungen 38 unterhalb des Belüftungsbodens der untersten, der mittleren und der obersten Fermentationszelle und die dem Biogas-Hauptspeicher 3 zugeordnete Biogasleitung 37 über entsprechende Zweigleitungen 39 unterhalb der Belüftungsbodens der zweiten und vierten Fermentationszelle sowie im Bereich der den Reaktor 31 nach oben abschließenden Kuppel 40 mündet. Dieser Anschluß der fünf Fermentationszellen an den Biogas-Zwischenspeicher 2 und den Biogas-Hauptspeicher 3 ermöglicht entsprechend den weiter oben dargelegten Erläuterungen die Ventilation der fünf Fermentationszellen mit Biogas, welches aufgrund einer entsprechenden Druckdifferenz vom Biogas-Zwischenspeicher in den Biogas-Hauptspeicher gelangt, wobei bei der entsprechenden Ventilation die unterste, die mittlere und die oberste Fermentationszelle von unten nach oben mit Biogas durchströmt werden und die zweite und die vierte Fermentationszelle von oben nach unten. In den Zweigleitungen 38 und 39 können Ventile vorgesehen sein, mittels derer sich die Strömungsverhältnisse so einstellen lassen, daß die Ventilation der einzelnen Fermentationszellen optimiert ist.The biogas buffer 2 and the biogas main storage 3 are via assigned biogas lines 36 respectively. 37 alternately to the fermentation cells 5 connected by the biogas buffer 2 assigned biogas line 36 via appropriate branch lines 38 below the aeration floor of the bottom, middle and top fermentation cell and the main biogas storage 3 assigned biogas line 37 via appropriate branch lines 39 below the aeration floor of the second and fourth fermentation cells and in the area of the reactor 31 top dome 40 empties. This connection of the five fermentation cells to the biogas buffer 2 and the main biogas storage 3 enables the five fermentation cells to be ventilated with biogas in accordance with the explanations given above, which, due to a corresponding pressure difference, reaches the main biogas store from the biogas intermediate store, with the lowest, middle and uppermost fermentation cells being carried out from bottom to top with the corresponding ventilation Biogas are flowed through and the second and fourth fermentation cells from top to bottom. In the branch lines 38 and 39 valves can be provided, by means of which the flow conditions can be adjusted so that the ventilation of the individual fermentation cells is optimized.

In der Biogasleitung 37 ist im Bereich der Zuströmseite des Biogas-Hauptspeichers 3 ein Steuerventil 41 angeordnet, mittels dessen sich der Biogas-Hauptspeicher von dem Fermenter 1 abtrennen läßt, so daß in der entsprechenden Betriebsphase des Fermenters sämtliches produzierte Biogas in den Biogas-Zwischenspeicher 2 gelangt.In the biogas line 37 is in the area of the inflow side of the main biogas storage 3 a control valve 41 arranged, by means of which the main biogas storage is separated from the fermenter 1 can be separated, so that in the corresponding operating phase of the fermenter all biogas produced in the biogas buffer 2 arrives.

Was die Rottezelle 32 angeht, so ist diese zwangsbelüftet. In die unterhalb des Belüftungsbodens 42 angeordnete Belüftungskammer 43 mündet ein Frischluftstutzen 44, und unterhalb des luftdicht verschließbaren Klappbodens 34 mündet ein Abluftstutzen 45 in die Rottezelle 32. Der Abluftstutzen 45 ist an ein – nicht dargestelltes – Sauggebläse angeschossen. Der hierdurch im Bereich der Rottezelle 32 erzeugte Unterdruck verhindert, daß bei geöffnetem Klappboden 34 Luft in den an-aerob arbeitenden Fermenter 1 eindringt.As for the rotting cell 32 is ventilated. In the below the ventilation floor 42 arranged ventilation chamber 43 opens a fresh air nozzle 44 , and below the airtight lockable folding floor 34 an exhaust outlet opens 45 in the rotting cell 32 , The exhaust air spigot 45 is shot at a suction fan (not shown). This in the area of the rotting cell 32 generated negative pressure prevents that when the folding floor is open 34 Air in the an-aerobic fermenter 1 penetrates.

Im Bereich der Kuppel 40 weist der Reaktor 31 eine – als solches bekannte – Biomasse-Aufgabeschleuse 46 auf. Unterhalb der Rottezelle 32 ist eine Abzugschleuse 47 für das den Reaktor verlassende Substrat vorgesehen.In the area of the dome 40 points the reactor 31 a - known as such - biomass feed lock 46 on. Below the rotting cell 32 is a trigger lock 47 provided for the substrate leaving the reactor.

Im Bereich der Gasleitungen 36 und 37 sind Kondensatabscheider 48 und im Bereich der Kuppel 40 ist eine Perkolatzufuhr 15 vorgesehen. In Anbetracht der Beschreibung zu 1 bedarf es für diese Komponenten keiner weiteren Erläuterungen. Entsprechendes gilt für eine – nicht dargestellte – Verwertung des dem Biogas-Hauptspeicher entnommenen Biogases sowie eine – ebenfalls nicht dargestellte – Heizeinrichtung, mittels welcher das in dem Biogas-Zwischenspeicher zwischengespeicherte Biogas aufgeheizt werden kann. Ein – nicht dargestellter – Perkolatsammler ist zweckmäßigerweise im Bereich des den Fermenter nach unten begrenzenden Klappbodens 34 vorgesehen. Im Bereich der Abzugschleuse 47 kann mittels eines Abscheiders 49 bei der Rotte freigesetzte Flüssigkeit aufgefangen und einer Aufbereitung zugeführt werden.In the field of gas pipes 36 and 37 are condensate separators 48 and in the area of the dome 40 is a percolate feeder 15 intended. Given the description too 1 No further explanation is required for these components. The same applies to a - not shown - utilization of the biogas taken from the main biogas storage and a - also not shown - heating device by means of which the biogas temporarily stored in the biogas buffer can be heated. A percolate collector (not shown) is expediently located in the region of the folding bottom which delimits the fermenter at the bottom 34 intended. In the area of the trigger lock 47 can by means of a separator 49 Any liquid released during the rotting process is collected and processed.

Claims (13)

Vorrichtung zur anaeroben Fermentation von Biomasse (7), umfassend einen Fermenter (1), einen Biogas-Zwischenspeicher (2) und einen Biogas-Hauptspeicher (3), mit den folgenden Merkmalen: – der Fermenter (1) weist mindestens eine Fermentationszelle (5) mit einem gasdurchlässigen Belüftungsboden (8) auf; – der Biogas-Zwischenspeicher (2) und der Biogas-Hauptspeicher (3) sind über Biogasanschlüsse (16, 17) an unterschiedlichen Seiten des Belüftungsbodens (8) an die Fermentationszelle (5) anschließbar; – dem Biogas-Hauptspeicher (3) ist eingangsseitig ein absperrbares Steuerventil (20, 41) zugeordnet.Device for the anaerobic fermentation of biomass ( 7 ), comprising a fermenter ( 1 ), a biogas buffer ( 2 ) and a biogas main storage ( 3 ), with the following characteristics: - the fermenter ( 1 ) has at least one fermentation cell ( 5 ) with a gas-permeable ventilation floor ( 8th ) on; - the biogas buffer ( 2 ) and the main biogas storage ( 3 ) are via biogas connections ( 16 . 17 ) on different sides of the ventilation floor ( 8th ) to the fermentation cell ( 5 ) connectable; - the main biogas storage ( 3 ) is a lockable control valve on the inlet side ( 20 . 41 ) assigned. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heizeinrichtung (27) für die in dem Fermenter (1) enthaltene Biomasse (7) aufweist.Device according to claim 1, characterized in that it comprises a heating device ( 27 ) for those in the fermenter ( 1 ) contained biomass ( 7 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (27) einen in dem Zwischenspeicher (2) angeordneten Wärmetauscher (28) für das in ihm zwischengespeicherte Biogas umfaßt.Device according to claim 2, characterized in that the heating device ( 27 ) one in the buffer ( 2 ) arranged heat exchanger ( 28 ) for the biogas temporarily stored in it. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (28) an eine Verbrennungseinrichtung für das dem Hauptspeicher (3) entnommene Biogas angeschlossen ist.Device according to claim 3, characterized in that the heat exchanger ( 28 ) to a combustion device for the main storage ( 3 ) withdrawn biogas is connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Biogas-Zwischenspeicher (2) als Konstantdruckspeicher ausgeführt ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the biogas buffer ( 2 ) is designed as a constant pressure accumulator. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Biomasse-Zwischenspeicher (2) eine Druckerhöhungseinrichtung (24) zugeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the biomass intermediate store ( 2 ) a pressure booster ( 24 ) assigned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Biogas-Zwischenspeicher (2) über ventilgesteuerte Biogasanschlüsse (16, 17) an die Fermentationszelle (5) wahlweise an jede der beiden Seiten des Belüftungsbodens (8) anschließbar ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the biogas buffer ( 2 ) via valve-controlled biogas connections ( 16 . 17 ) to the fermentation cell ( 5 ) either on both sides of the ventilation floor ( 8th ) can be connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der Fermenter (1) ist siloartig ausgeführt und weist mehrere übereinander angeordnete Fermentationszellen (5) auf, wobei die Belüftungsböden (8) jeweils durch einen gasdurchlässigen Klappboden (33) gebildet sind; – der Biogas-Zwischenspeicher (2) und der Biogas-Hauptspeicher (3) sind über Biogasanschlüsse (36, 38; 37, 39) alternierend an die einzelnen Fermentationszellen (5) anschließbar.Device according to one of claims 1 to 7, characterized by the following features: - the fermenter ( 1 ) is silo-like and has several fermentation cells arranged one above the other ( 5 ), the ventilation floors ( 8th ) each with a gas-permeable folding floor ( 33 ) are formed; - the biogas buffer ( 2 ) and the main biogas storage ( 3 ) are via biogas connections ( 36 . 38 ; 37 . 39 ) alternately to the individual fermentation cells ( 5 ) connectable. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fermenter (1) in seinem oberen Bereich eine Aufgabeschleuse (46) und in seinem unteren Bereich eine Abzugschleuse (47) aufweist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the fermenter ( 1 ) a feed lock in its upper area ( 46 ) and a trigger lock in its lower area ( 47 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der obersten Fermentationszelle (5) ein Perkolatverteiler (15) zugeordnet ist.Device according to claim 8 or claim 9, characterized in that the uppermost fermentation cell ( 5 ) a percolate distributor ( 15 ) assigned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der untersten Fermentationszelle (5) ein Perkolatsammler zugeordnet ist.Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the lowest fermentation cell ( 5 ) a percolate collector is assigned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fermenter (1) Teil eines kombinierten Anaerob-aerob-Reaktors (31) ist, der mindestens eine dem Fermenter vor- oder nachgeschaltete, belüftete Rottezelle (32) aufweist, die von der angrenzenden Fermentationszelle (5) über einen im wesentlichen luftdichten Klappboden (34) getrennt ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the fermenter ( 1 ) Part of a combined anaerobic-aerobic reactor ( 31 ), the at least one aerated rotting cell upstream or downstream of the fermenter ( 32 ) from the adjacent fermentation cell ( 5 ) via an essentially airtight folding floor ( 34 ) is separated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der Biogasanschlüsse (16, 17) ein Kondensatabscheider (18) zugeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one of the biogas connections ( 16 . 17 ) a condensate separator ( 18 ) assigned.
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